一种免水冷偏流板的制备方法与流程

文档序号:17917613发布日期:2019-06-14 23:53

本发明涉及一种免水冷偏流板的制备方法,尤其涉及一种碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基偏流板及其制备方法,属于陶瓷基复合材料技术领域。



背景技术:

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有低密度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优点,是航空航天、精密仪器、交通运输、环保等领域轻量化发展趋势的重要支撑材料,而且其易加工成型的特性对制备SiCf/SiC复合材料有着重要的作用。

据所查资料,目前偏流板大都采用特种钢材作为耐高温材料,偏流板可以挡住舰载机起飞时释放的尾焰,把尾焰引向两侧和上方防止灼伤甲板。在偏流板的背后,有多根巨大的铜管,大量的海水在这里循环流动,从而降低偏流板自身的温度。但这样,一方面增加了整舰重量,另一方面降低了起飞效率,因此,寻求一种抗氧化、耐高温免水冷偏流板对增加起飞效率提高舰载机生存能力和打击能力具有不可取代的作用。



技术实现要素:

为满足舰载机快速升空的需要,本发明的目的旨在提供一种碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料的制备方法,利用碳化硅材料低密度、耐磨损、耐腐蚀、低导热系数、耐高温等特点,实现免水冷,缩短起飞待机时间。

为了解决以上技术难题,本发明提供了的一种免水冷偏流板的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

( 1 ) 预制体织造:采用三代碳化硅纤维,通过二维织造成碳化硅层叠布,层叠后以碳纤维为穿刺纤维进行Z向立体穿刺;

( 2 ) 界面层制备:先采用碳源气体裂解在预制体表面制备微碳界面,再通过平均分子量范围是300~350的中分子量环硅烷和氢气混合载气裂解制备微米碳化硅界面;

( 3 )复合:将预制体通过化学气相渗透工艺和聚合物浸渍裂解工艺相结合进行陶瓷基复合,采用平均分子量范围是350~500的较高分子量的环硅烷作前3次浸渍溶液,再以不同配比的聚碳硅烷和纳米β-碳化硅粉混合溶液作中间循环浸渍液,每次浸渍、烘干后升温至反应烧结温度1000℃~1300℃,沉积压力为5MPa~10MPa,沉积次数10~20次;

(4)封孔:采用化学气相沉积工艺,以平均分子量范围是≤300的低分子量的环硅烷和氢气混合载气进行封孔;

( 5 )连接:采用金刚石刀具进行螺纹加工,再将不同单元之间直接用陶瓷螺栓进行连接,陶瓷螺栓是短纤维增强的或长纤维增强复合材料螺栓中的一种。

如上述方法制备的免水冷偏流板,其拉伸强度320MPa~360MPa,弯曲强度520MPa~560MPa,断裂韧性在20MPa.m1/2~25MPa.m1/2,导热系数80 W/m·K~85W/m·K。

本发明从偏流板复合工艺来看,宜采用平均分子量范围是350~500的较高分子量环硅烷进行前3次复合,这样裂解所得碳化硅粉为微米级,有利于向预制件内部进行扩散。

本发明的有益效果,简单分述如下:

(1)在复合材料制备过程中,采用低分子量环硅烷作为沉积助剂,与甲基氯硅烷相比,降低了尾气中酸性组分含量,对环境相对友好;

(2)采用低导热系数的连续碳化硅纤维增韧制备的偏流板,其密度仅是原高温合金的1/3~1/4,免水冷,耐高温和冷却效率是高温合金的3~5倍,材料减重这意味着相同的质量,舰体可携带兵器数量有所提高;

(3)SiCf/SiC复合材料导热系数低,一旦离开火源,材料温度迅速降低,这有利于提高起飞效率和舰载机生存能力。

具体实施方式

下面将结合实施例,详细说明本发明的具体实施方式。

实施例

一种免水冷偏流板的制备方法,包括以下步骤:

步骤一:预制体织造,采用三代碳化硅纤维,通过二维织造成布,按照载重比例确定合适的层叠数量,经层叠后制备得到碳化硅层叠布,以碳纤维为穿刺纤维进行Z向立体穿刺,制备得到预制体;

步骤三:界面层制备,以甲烷为裂解气通过化学气相沉积在预制体表面制备微碳界面,甲烷流量为5L/min~10L/min,沉积温度为1000℃~1100℃,沉积时间为60min~90min;在碳界面层外以平均分子量范围是300~350的中分子量环硅烷和氢气为载气制备碳化硅界面层,中分子量环硅烷流量为10mL/min~15mL/min,沉积温度为1050℃~1200℃,沉积时间为60 min~90min;

步骤四:复合,将预制体通过化学气相渗透工艺和聚合物浸渍裂解工艺相结合进行陶瓷基复合,所用浸渍液为平均分子量范围是350~500的较高分子量的环硅烷、聚碳硅烷和纳米β -碳化硅粉混合溶液,反应烧结温度1000℃~1300℃,沉积压力为5MPa~10MPa,沉积次数10~20次;

步骤五:表面封孔,采用化学气相沉积工艺,以平均分子量范围是≤300的低分子量的环硅烷和氢气混合载气进行封孔,载气流量5mL/min~10mL/min,沉积温度为1050℃~1200℃,封孔时间为100min~120min;

步骤六:连接,每个偏流板单元可根据设计目标进行尺寸设计,需要拼接时,采用金刚石刀具进行螺纹加工,螺栓连接,连接处涂高温粘结剂,所用螺栓为陶瓷螺栓,其可以是粉末冶金制备的带短纤维增强或长纤维增强复合材料螺栓中的其中一种。

上述实施例旨在便于理解本发明制备方法在工艺参数调整上产品性能的走向。以使本领域技术人员能清楚掌握本发明技术方案的创新实质,并非仅在功能或产品性能上提出限定的实施方式。故而除上述实施例外,本发明还可以有其它多元实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。

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